【十一】python状态设计模式

一、引言

在软件设计中，设计模式是解决常见问题的最佳实践。它们提供了一种重用设计的方法，使得代码更易于理解、维护和扩展。状态设计模式是行为设计模式的一种，它允许对象在其内部状态改变时改变其行为。当控制一个对象的状态转换条件表达式过于复杂时，使用状态模式可以简化代码。

二、状态设计模式的定义

状态模式（State Pattern）允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。其意图是让一个对象在其内部状态改变的时候，其行为也随之改变。这个对象看起来就像是改变了它的类一样。

三、状态设计模式的结构

状态模式包含以下角色：

• 环境（Context）：持有当前状态，并定义客户端需要的接口。环境类可以将自身作为一个参数传递给处理请求的状态类方法，从而实现对环境的操作。
• 抽象状态（State）：定义一个接口以封装与环境的特定状态相关的行为。
• 具体状态（Concrete State）：实现抽象状态接口中所定义的方法。每个具体状态都表示一个可以相互转换的状态。

四、Python实现状态设计模式

让我们用一个简单的例子来充分了解该模式中的3 个参与者。假设要用一个简单的按钮来实现电视遥控器，执行开/关动作。如果电视打开，这个遥控器按钮将关闭电视，反之亦然。在这种情况下，state 接口将会定义相应的方法(例如，doThis))来执行诸如打开/关闭电视等操作。我们还需要定义 Concrete 类来处理不同的状态。在这个例子中，我们有两个主要状态，startstate和 stopstate，它们分别表示电视的打开状态和电视的关闭状态。
就本例来说，TVContext 类将实现 state 接口并维护对当前状态的引用。根据相应的请求，TVContext 将它们转发到相应的 Concretestate类，这个类实现了(针对给定状态的)实际行为，从而执行所需的操作。因此,在这种情况下,基本状态是 startstate(如前面定义的)，TVContext 类接收的请求是关闭电视。TVContext 类可以理解该需求并相应地将它转发到 stopstate 相应的类，之后这个类就会从内部调用 doThis()方法来实际关闭电视:

下面是一个简单的Python代码示例，展示了如何使用状态模式：

from abc import abstractmethod, ABCMeta

class State(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def doThis(self):
        pass

class StartState(State):
    def doThis(self):
        print("TV Switching ON..")

class StopState(State):
    def doThis(self):
        print("TV Switching OFF..")

class TVContext(State):
    def __init__(self):
        self.state = None

    def getState(self):
        return self.state

    def setState(self, state):
        self.state = state

    def doThis(self):
        self.state.doThis()

context = TVContext()
context.getState()
start = StartState()
stop = StopState()
context.setState(stop)
context.doThis()

五、适用场景与优点

5.1 适用场景：

• 对象的行为依赖于它的状态（属性）并且它会根据它的状态改变而改变它的相关行为。
• 代码中包含大量与对象状态有关的条件语句，例如 switch-case 语句或 if-else 语句。使用状态模式可以将这些条件判断逻辑转移到不同状态类中，提高代码的可读性和可维护性。
• 需要对对象的各种状态进行统一管理，且不同状态下对象的行为有较大差异。

5.2 优点：

• 封装了状态的转换规则，在状态类中可以局部化状态的转换逻辑，避免了过多的条件判断。
• 将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，只需要注入一个不同的状态对象即可使环境对象拥有不同的行为。这样可以减少环境中的代码量，使其更加简洁清晰。
• 允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是提供一个巨大的条件语句块。这有利于代码的复用和扩展。